土木工程畢業(yè)論文

1、土木工程畢業(yè)論文高速鐵路路基沉降控制技術Methodology of Settlement Control for High Speed Railway Embankment專 業(yè)：土木工程摘 要高速鐵路代表了世界鐵路現代化發(fā)展的大趨勢，是21世紀交通運輸的重大成果，是人類的共同財富。隨著經濟的迅猛發(fā)展，交通運輸需求激增，我國鐵路客運專線建設已經進入一個高速發(fā)展的時期，由于高速鐵路運行速度快、技術標準高、對路基的要求嚴格， 控制路基變形沉降已經成為客運專線路基的最大特點。路基變形最明顯、危害最大的問題是路基沉降。路基沉降控制是一個涉及因素較多、具有較大不確定性的工程難題。路基沉降包括路基施工沉

2、降和工后沉降，工后沉降尤其發(fā)生幾率大、危害嚴重。本論文從黃土的性質和特性，路基沉降的原因、危害，控制路基沉降的措施、路基工后沉降的機理，控制路基工后沉降的必要性、步驟、措施、各種措施的特點，路基沉降計算、監(jiān)測等方面分析了路基沉降。 關鍵字： 黃土 路基工后沉降 控制方式 沉降計算 監(jiān)測AbstractHigh-speed railway represents the railway modernization development trend in the 21st century, is the important achievement of transportation, is the

3、 common wealth of mankind. Along with the rapid development of economy, the transportation demand, China railway PDL surge has entered a rapid development construction period，Due to the high speed railway running speed, the technical standard of roadbed, strict control of subgrade settlement of defo

4、rmation and has become the biggest characteristic of PDL roadbed. The most obvious harm, roadbed deformation of the biggest problems is the embankment settlement. Embankment settlement control is one which involves many factors, has large uncertainties of engineering problems.Embankment settlement i

5、ncluding sub grade construction settlement and post-construction settlement, post-construction settlement risk, particularly serious harm,This paper from the nature and characteristics of loess embankment settlement, the reason and harm, the control measures of embankment settlement and roadbed sett

6、lement mechanism, Control of sub grade settlement after the necessity, steps and measures, and the characteristics of measures, embankment settlement calculation, monitoring of embankment settlement.KEY WORDS： sienna embankment settlement control mode settlement calculation detectio目 錄 TOC o 1-3 h z

7、 u HYPERLINK l _Toc264648693 HYPERLINK l _Toc264648697 第1章 緒論 PAGEREF _Toc264648697 h 1 HYPERLINK l _Toc264648698 1.1 選題背景及意義 PAGEREF _Toc264648698 h 1 HYPERLINK l _Toc264648699 1.2 鐵路路基 PAGEREF _Toc264648699 h 1 HYPERLINK l _Toc264648700 1.2.1 我國鐵路路基現狀 PAGEREF _Toc264648700 h 2 HYPERLINK l _Toc2646

8、48701 1.2.2 國外鐵路路基現狀 PAGEREF _Toc264648701 h 2 HYPERLINK l _Toc264648702 1.3 黃土 PAGEREF _Toc264648702 h 2 HYPERLINK l _Toc264648703 1.3.1 黃土的顆粒組成會及結構 PAGEREF _Toc264648703 h 3 HYPERLINK l _Toc264648704 1.3.2 黃土的多孔性 PAGEREF _Toc264648704 h 3 HYPERLINK l _Toc264648705 1.3.3 黃土的濕陷性與變形特性 PAGEREF _Toc264

9、648705 h 3 HYPERLINK l _Toc264648706 1.3.4 黃土的結構性問題 PAGEREF _Toc264648706 h 4 HYPERLINK l _Toc264648707 1.3.5 壓實黃土的工程特性研究現狀 PAGEREF _Toc264648707 h 5第2章 路基沉降 HYPERLINK l _Toc264648708 PAGEREF _Toc264648708 h 7 HYPERLINK l _Toc264648708 2.1 路基沉降 PAGEREF _Toc264648708 h 7 HYPERLINK l _Toc264648709 2.1

10、.1 高速鐵路路基沉降特性分析的研究現狀 PAGEREF _Toc264648709 h 7 HYPERLINK l _Toc264648710 2.1.2 路基沉降的原因 PAGEREF _Toc264648710 h 7 HYPERLINK l _Toc264648711 2.2 路基強度高且剛度大以及均勻性要求高 PAGEREF _Toc264648711 h 9 HYPERLINK l _Toc264648712 2.3 路基不均勻沉降的影響和危害 PAGEREF _Toc264648712 h 9 HYPERLINK l _Toc264648713 2.3.1 路基不均勻沉降對鋪軌施

11、工的影響 PAGEREF _Toc264648713 h 9 HYPERLINK l _Toc264648714 2.3.2 路基對稱將對高鐵運營的危害 PAGEREF _Toc264648714 h 9 HYPERLINK l _Toc264648715 2.4 客運專線無砟軌道路基的填料要求 PAGEREF _Toc264648715 h 9 HYPERLINK l _Toc264648716 2.5 客運專線無砟軌道路基填筑的壓實標準 PAGEREF _Toc264648716 h 11 HYPERLINK l _Toc264648717 2.6 客運專線無砟軌道路基沉降的控制理念 PA

12、GEREF _Toc264648717 h 12 HYPERLINK l _Toc264648718 2.7 客運專線無砟軌道路基沉降的控制要求 PAGEREF _Toc264648718 h 13 HYPERLINK l _Toc264648719 第3章 路基沉降的控制 PAGEREF _Toc264648719 h 15 HYPERLINK l _Toc264648720 3.1 路基各種處理措施效果評價 PAGEREF _Toc264648720 h 15 HYPERLINK l _Toc264648721 3.2 影響路基沉降的因素 PAGEREF _Toc264648721 h 1

13、7 HYPERLINK l _Toc264648722 3.2.1 影響沉降穩(wěn)定的自然因素 PAGEREF _Toc264648722 h 17 HYPERLINK l _Toc264648723 3.2.2 影響沉降穩(wěn)定的人為因素 PAGEREF _Toc264648723 h 18 HYPERLINK l _Toc264648724 3.3 濕陷性黃土路基處理方法及效果評價 PAGEREF _Toc264648724 h 18 HYPERLINK l _Toc264648725 3.3.1 試驗段工程地基處理方法 PAGEREF _Toc264648725 h 18 HYPERLINK l

14、 _Toc264648726 3.3.2 地基處理效果方法 PAGEREF _Toc264648726 h 19 HYPERLINK l _Toc264648727 3.3.3 濕陷性黃土路基的沉降控制措施 PAGEREF _Toc264648727 h 19 HYPERLINK l _Toc264648728 3.4 路基工后沉降 PAGEREF _Toc264648728 h 20 HYPERLINK l _Toc264648729 3.4.1 路基工后沉降組成分析 PAGEREF _Toc264648729 h 21 HYPERLINK l _Toc264648730 3.4.2 工后沉

15、降控制的重要性與特點 PAGEREF _Toc264648730 h 21 HYPERLINK l _Toc264648731 3.4.3 工后沉降控制的必要性 PAGEREF _Toc264648731 h 22 HYPERLINK l _Toc264648732 3.5 控制工后沉降的主要途徑 PAGEREF _Toc264648732 h 22 HYPERLINK l _Toc264648733 3.5.1 加強技術培訓及明確控制標準 PAGEREF _Toc264648733 h 22 HYPERLINK l _Toc264648734 3.5.2 重視黃土地質核查 PAGEREF _

16、Toc264648734 h 22 HYPERLINK l _Toc264648735 3.6 工后沉降的控制步驟 PAGEREF _Toc264648735 h 23 HYPERLINK l _Toc264648736 3.6.1 施工前的控制措施 PAGEREF _Toc264648736 h 23 HYPERLINK l _Toc264648737 3.6.2 施工過程中的控制措施 PAGEREF _Toc264648737 h 23 HYPERLINK l _Toc264648738 3.6.3 加強路基沉降分析與預測 PAGEREF _Toc264648738 h 24 HYPERL

17、INK l _Toc264648739 3.6.4 做好路基沉降觀測 PAGEREF _Toc264648739 h 24 HYPERLINK l _Toc264648740 3.7 工后沉降控制的現有技術措施 PAGEREF _Toc264648740 h 24 HYPERLINK l _Toc264648741 第4章 地基設計與沉降計算 PAGEREF _Toc264648741 h 26 HYPERLINK l _Toc264648742 4.1 樁網地基設計 PAGEREF _Toc264648742 h 26 HYPERLINK l _Toc264648743 4.1.1 CFG樁

18、樁網復合地基 PAGEREF _Toc264648743 h 27 HYPERLINK l _Toc264648744 4.1.2 灰土樁樁網結構 PAGEREF _Toc264648744 h 33 HYPERLINK l _Toc264648745 4.2 樁板結構 PAGEREF _Toc264648745 h 35 HYPERLINK l _Toc264648746 4.2.1 整體構造分析 PAGEREF _Toc264648746 h 35 HYPERLINK l _Toc264648747 4.2.2 結構幾何尺寸優(yōu)化 PAGEREF _Toc264648747 h 36 HYP

19、ERLINK l _Toc264648748 4.2.3 承臺板設計 PAGEREF _Toc264648748 h 36 HYPERLINK l _Toc264648749 4.2.4 托梁設計 PAGEREF _Toc264648749 h 37 HYPERLINK l _Toc264648750 4.2.5 樁基設計 PAGEREF _Toc264648750 h 37 HYPERLINK l _Toc264648751 4.3 DDC樁 PAGEREF _Toc264648751 h 40 HYPERLINK l _Toc264648752 4.3.1 適用性及沉降控制機理分析 PAG

20、EREF _Toc264648752 h 40 HYPERLINK l _Toc264648753 4.3.2 沉降計算模式 PAGEREF _Toc264648753 h 41 HYPERLINK l _Toc264648754 4.3.3 復合地基下部土體的沉降 PAGEREF _Toc264648754 h 42 HYPERLINK l _Toc264648755 4.4 水泥土擠密樁 PAGEREF _Toc264648755 h 43 HYPERLINK l _Toc264648756 4.4.1 水泥土擠密樁在國內外的應用 PAGEREF _Toc264648756 h 44 HY

21、PERLINK l _Toc264648757 4.4.2 水泥土其它影響因素及有關性能研究 PAGEREF _Toc264648757 h 44 HYPERLINK l _Toc264648758 4.4.3 水泥土擠密樁的加固原理 PAGEREF _Toc264648758 h 45 HYPERLINK l _Toc264648759 4.4.4 水泥土擠密樁的施工 PAGEREF _Toc264648759 h 45 HYPERLINK l _Toc264648760 4.4.5 注意事項 PAGEREF _Toc264648760 h 47 HYPERLINK l _Toc264648

22、761 4.5 地基沉降計算 PAGEREF _Toc264648761 h 48 HYPERLINK l _Toc264648762 4.5.1 地基沉降計算基本原理 PAGEREF _Toc264648762 h 48 HYPERLINK l _Toc264648763 4.5.2 CFG樁的沉降計算 PAGEREF _Toc264648763 h 48 HYPERLINK l _Toc264648764 4.5.3 樁板樁基承載力、沉降計算 PAGEREF _Toc264648764 h 50 HYPERLINK l _Toc264648765 4.6 經濟技術比較 PAGEREF _T

23、oc264648765 h 51 HYPERLINK l _Toc264648766 4.6.1 各方案特點 PAGEREF _Toc264648766 h 52 HYPERLINK l _Toc264648767 第5章 路基沉降監(jiān)測 PAGEREF _Toc264648767 h 59 HYPERLINK l _Toc264648768 5.1 路基沉降監(jiān)測的目的 PAGEREF _Toc264648768 h 59 HYPERLINK l _Toc264648769 5.2 路基沉降的監(jiān)測內容及要求 PAGEREF _Toc264648769 h 59 HYPERLINK l _Toc2

24、64648770 5.2.1 沉降觀測基本要求 PAGEREF _Toc264648770 h 60 HYPERLINK l _Toc264648771 5.2.2 路基沉降監(jiān)測的技術要求 PAGEREF _Toc264648771 h 60 HYPERLINK l _Toc264648772 5.3 合理選擇觀測設備。 PAGEREF _Toc264648772 h 61 HYPERLINK l _Toc264648773 5.4 觀測元件埋設說明 PAGEREF _Toc264648773 h 62 HYPERLINK l _Toc264648774 5.5 沉降觀測操作要求 PAGERE

25、F _Toc264648774 h 62 HYPERLINK l _Toc264648775 5.6 沉降觀測時間、頻率 PAGEREF _Toc264648775 h 63 HYPERLINK l _Toc264648776 5.7 沉降觀測資料的應用 PAGEREF _Toc264648776 h 64 HYPERLINK l _Toc264648777 第6章 結論與展望 PAGEREF _Toc264648777 h 66 HYPERLINK l _Toc264648778 6.1 結論 PAGEREF _Toc264648778 h 66 HYPERLINK l _Toc264648

26、779 6.2 展望 PAGEREF _Toc264648779 h 66 HYPERLINK l _Toc264648780 參考文獻 PAGEREF _Toc264648780 h 67 HYPERLINK l _Toc264648781 致謝 PAGEREF _Toc264648781 h 68 HYPERLINK l _Toc264648782 附錄 外文翻譯 PAGEREF _Toc264648782 h 69 HYPERLINK l _Toc264648783 原文 PAGEREF _Toc264648783 h 69 HYPERLINK l _Toc264648784 譯文 PA

27、GEREF _Toc264648784 h 74第1章 緒論 選題背景及意義在我國鐵路“十五計劃編制中已明確指出，要加強快速客運專線的建設，逐步建成以北京、上海、廣州為中心，連接各省會城市和其它大型城市鐵路快速客運系統(tǒng)。2004年1月7日，國務院主持通過的中長期鐵路網規(guī)劃為我國鐵路發(fā)展描繪了宏偉藍圖。至2020年，我國鐵路運營總里程達10萬公里，要建設“四縱四橫”快速客運專線及三處城際快速軌道交通系統(tǒng)，實現主要繁忙干線客貨分線運輸。建設高標準的鐵路客運專線，是中長期鐵路網規(guī)劃中的一項重要內容。2005年6月11日，石太鐵路客運專線的開工建設，掀開了我國鐵路客運專線大規(guī)模建設的序幕，繼同年6月2

28、3日武廣客運專線開工之后，國家批準的其他9條客運專線即京津、鄭西、武合、合寧、甬臺溫、溫福、福廈、廣深港、廣珠客運專線，也相繼全面開工建設，11條客運專線的總建設規(guī)模將達到3243公里。我國幅員遼闊，鐵路經過的地區(qū)比較復雜，路基作為鐵路的重要組成部分，是承受軌道結構重量和列車荷載及各種附加力的基礎，路基本體必須有足夠的強度和一定范圍內的變形，所以作為承載高速鐵路的基礎路基的設計得到越來越廣泛的重視，把路基作為土工結構物來設計的理念在路基設計中逐步得到體現,在一般情況下，路基給工程帶來的主要難題是沉降變形及其各種處理措施條件下的固結問題，所以路基沉降變形問題是高速鐵路設計中所要考慮的主要控制因素

29、。為了確保列車安全、平穩(wěn)運行，路基必須具有強度高，剛度大、穩(wěn)定性、耐久性好，不易變形等優(yōu)良特性。隨著我國既有線大面積提速改造及快速鐵路、高速鐵路的修建，如何解決路基沉降這個屢屢出現的問題就被提上日程。 鐵路路基 鐵路路基是經過開挖或填筑形成的直接支撐軌道、滿足軌道鋪設和運營條件而修建的土工結構物，是鐵道工程的重要組成部分。它承受著軌道及機車車輛的靜荷載和動荷載，并將荷載向地基深處傳遞擴散，因此路基應具有足夠的強度和穩(wěn)定型，應能抵抗自然因素的破壞而不至于產生有害變形【1】。 我國鐵路路基現狀長期以來，我國新建鐵路沒有把路基當成土工結構來對待，而普遍冠名為土石方。在“重橋隧，輕路基，重土石方數量，

30、輕質量”的傾向下，路基翻漿冒泥、下沉、邊坡坍滑、滑坡等病害經常發(fā)生，使新建鐵路交付運營多年仍不能達到設計速度與質量，經濟效益與社會效益較差。運營鐵路路基技術狀態(tài)不佳，強度低，穩(wěn)定性差，嚴重威脅鐵路運輸和安全，已成為鐵路運輸的主要薄弱環(huán)節(jié)。如今，全國鐵路網已相繼完成四次提速，開發(fā)了一批最高運行速度為140160KM/h的“快速列車”。運營時速為200KM的秦沈客運專線的建成通車，使我國鐵路路基設計施工水平有了較大幅度的提高，極大地促進了路基工程的進步。 國外鐵路路基現狀 國外鐵路發(fā)展的方向是重載及高速鐵路。發(fā)展重載鐵路(250360KN)的國家有美國、加拿大、澳大利亞、俄羅斯等；發(fā)展高速鐵路的國

31、家有法國、日本、德國等。這些國家制訂了較高的路基標準和嚴格的施工工藝。其特點如下：(1)結合路基工程規(guī)定了詳細的巖土分類，要求進行詳細地調查，為設計、施工及養(yǎng)護提供必須的依據資料。(2)加強了軌道基礎的路基機床部分，包括路堤、路塹及不填不挖地段，特別是對機床表層的材料(日本新干線要求設置加強機床，很多國家設置基層或防護層、墊層)有嚴格條件并規(guī)定了強度要求。(3)對路堤各部分的填土規(guī)定了相應的填料標準，填土質量標準要求較高。(4)為控制路基發(fā)生過大的下沉，對路堤填土提出了規(guī)定及處理要求。(5)加強路基的排水系統(tǒng)、邊坡和災害的防護【1】。 黃土通常將具有以下特性的土稱為黃土；顏色以黃色、褐黃色為主

32、，有時呈灰黃色；顆粒組成以粉粒(0.005mm)為主，含量一般在60%以上；有肉眼可見的大孔隙、較大孔隙，一般在mm左右；富含碳酸鹽；垂直節(jié)理發(fā)育。公路工程中，根據黃土沉積年代不同，可將黃土分為新黃土(如馬蘭黃土Q3、Q4)、老黃土(離石黃土Q12、Q22)、紅色黃土(午城黃土Q1)三類；根據黃土的濕陷性又分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土。1.3.1 黃土的顆粒組成會及結構黃土的顆粒組成以粉粒為主，其含量可達50%以上，其中粗粉粒(0.01mm)含量大于細粉粒(0.010.005 mm)含量。黃土中的粘粒、細粉粒和腐殖質膠體，大部分被膠結成集?；蚋≡谏傲＜按址哿５谋砻?，或聚集在大顆粒間的接觸點處。

33、黃土中的粉粒和集粒共同構成了支承結構的骨架，較大的砂粒“浸”在結構體中由于其排列比較疏松，接觸連接點少，構成了一定數量的架空孔在結構體中，而在接觸連接處沒有或只有少量的膠結物質。常見的膠結物質有聚集在連接點處的粘粒，易溶鹽及沉積在該處的CaCO3、MgCO3等。研究表明，黃土的粉粒含量越大，其孔隙比越大，干密度越小，其濕陷性越明顯。粘粒的存在對濕陷性有抑制作用，當粘粒含量大于30時，濕陷性幾乎減弱到不復存在，當然這與粘粒的結構、性質及分布有關。在顆粒大小中，小于0.01mm的顆粒對濕陷性的影響更加明顯。1.3.2 黃土的多孔性黃土中的孔隙，呈垂直或傾斜的管狀，以垂直為主，上、下貫通，其內壁附有

34、白色的膠結物，一般為CaCO3,這種膠結對黃土起著加固作用。一般將黃土的孔隙分為以下三類：大孔隙，直徑約0.51.Omm，肉眼就可辯識；細孔隙，是架空結構中大顆粒的粒間孔隙，肉眼看不見，可在放大鏡下觀察到：毛細孔隙，由大顆粒與附在其表面上的小顆粒所形成的粒間孔隙，肉眼更看不見。由這三種孔隙形成了黃土的高孔隙性，故又將黃土稱為“大孔隙土”。黃土孔隙率一般在3560之間，有沿著深度逐漸減小的趨勢；在地理位置上，自東向西，自南向北，黃土孔隙率有增大的規(guī)律。一般認為黃土的孔隙是引起黃土濕陷的主要原因，但有資料表明壓實黃土仍存在大孔隙，也具有濕陷性，表明這不是黃土濕陷的根本原因，但它為黃土濕陷提供了足夠

35、的空間【6】。 1.3.3 黃土的濕陷性與變形特性 濕陷性是指土在自重或附加應力與自重共同作用下受水浸濕后產生急劇而大量的下沉。浸水濕陷只在士體自重作用下產生的黃土稱為自重濕陷性黃土，而浸水濕陷在土體自重與附加應力共同下產生的黃土稱為非自重濕陷性黃土。根據自重濕陷量與總濕陷量可對濕陷性場地進行濕陷等級與濕陷類型劃分。非自重濕陷性場地的濕陷起始壓力一般大于土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較弱，濕陷性事故較少，自重濕陷性場地的濕陷起始壓力小于其上覆土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較強，濕陷性事故多 。黃土與其它粘土的區(qū)別在于黃土對含水量的變化極為敏感，含水量的高低嚴重影響土的濕陷性和承載力的高低，含水量低

36、時，土的濕陷性強烈，但承載力卻很高，隨著含水量的增加，土的濕陷性逐漸減弱，承載力隨之急劇下降，而壓縮性卻得以提高。根據大量土樣的試驗資料統(tǒng)計結果表明，黃土的濕陷性與飽和度成直線反比關系，見表l-l，即飽和度愈低，土的濕陷性愈強，土的濕陷性隨著飽和度的增大而降低。表1-1 飽和度Sr與濕陷系數6s的關系 飽和度()濕陷系數范圍濕陷系數中值3030404050506060700700者只占3.4%黃土的壓縮性反映黃土地基在外荷載作用下產生壓縮變形的大小，主要取決于土的密實程度和含水量，三者的關系見表l-2。表1-2 黃土變形模量與含水量和孔隙比的關系土類含水量（%）孔隙率（%）變形模量（Mpa）黃

37、土101747486846488144749黃土狀粉質粘土1218434522254548253040451.3.4 黃土的結構性問題結構性應該是描述土物理本質中比粒度、密度、濕度重要的一個側面。它的重要性早為太沙基所指出，也早為一系列學者所重視。如果說結構性對任何土都是重要的，那么，對黃土就更是不可避免的，具有更大的意義。研究黃土的結構性及其在力和水作用下的變化規(guī)律對整個土力學研究的對象都會有很大的輻射作用。目前，將黃土受力、水作用后結構由損傷到破壞作定量描述的固體力學方法，因其可以回避在尋求獨立表示土結構性參數上的困難，使結構性關系的建立出現了新的跳躍。但它仍然遇到了建立不同濕密狀念土在受

38、到外力作用過程中損傷變量正確表述的困難顯然，如果能夠找到一個能合理反映土的結構性及其隨水與力的作用而變化的土結構性參數，無疑會使問題的解決更加直觀、更加靈活，會使土力學的參數體系更加完善文獻中關于綜合結構勢這一新指標的提出及對其合理性、靈敏性、穩(wěn)定性與普遍性的檢驗的相關研究表明： (1)黃土的結構可視為一個由單粒、集?；蚰龎K等骨架單元共同形成的空間結構體系它的單元形態(tài)(單粒的礦物碎屑與集粒或凝塊)確定了力的傳遞性能和土的變形性質，它的連接方式(點接觸、面接觸)確定了土的結構強度，它的排列方式(大孔隙、架空孔隙、粒間孔隙)確定了土的穩(wěn)定性單粒點接觸、架空孔隙占優(yōu)勢的結構，濕陷性大；集?；蚰龎K，面

39、接觸、粒間孔隙占優(yōu)勢的結構，濕陷性小 (2)黃土結構性的研究，應既注意揭示土顆粒排列的幾何特征(以孔隙分布特征最為敏感)，又注意揭示土顆粒聯(lián)結(物理的和化學的，而以化學的為最敏感)的力學特征，同時將結構與組成相結合，探討黃土的非均質性，各向異性(3)從黃土力學的觀點來看，結構性研究的根本目的在于揭示結構性對土力學行為的影響及內在聯(lián)系，因此，將土的微觀結構與宏觀力學行為相結合是一條正確的研究途徑(4)黃土的結構性問題在其結構聯(lián)結沒有遭到破壞以前表現為它維持結構可穩(wěn)性的能力，它和顆粒聯(lián)結的特性與穩(wěn)定性有關；在結構聯(lián)結遭到破壞以后表現為結構可變性的能力，它和顆粒的排列特性與均勻性有關1.3.5 壓實

40、黃土的工程特性研究現狀.1 壓實黃土的濕陷性經過對原狀土和壓實土的濕陷性試驗，得到：(1)濕陷性黃土經過壓實后，如填筑含水量較低，填筑干密度較小時，仍具有明顯的濕陷性，并具有以下特征：壓實黃土與原狀黃土的含水量和干密度都相同時，在較大的壓力范圍內，壓實黃土的濕陷性要比原狀黃土的大壓實黃土的濕陷性，隨填筑含水量的減小而增大，反之，隨填筑含水量的增大而減?。患词箟簩嶞S土的填筑干密度較大，而含水量都較低時，仍具有一定的濕陷性，并在較大的壓力范圍內隨壓力的增加而增大(2)壓實黃土填筑含水量不應低于最優(yōu)含水量的23倍，同時要以最大干密度來控制施工質量，否則將會在工程運營期間受水浸濕后出現不同程度的濕陷變

41、形，進而危及工程的正常使用。1.3.5.2 壓實黃土的壓縮性質壓實黃土的壓縮性質，也用土的壓縮系數、壓縮模量、固結系數等指標表示，在室內用壓縮儀測定根據有關資料表明，西北黃土在擊實飽和情況下，當垂直壓力為0.1O.47MPa時，其壓縮系數平均值介于(0.01370.0199)10-5之間，為中等壓縮性土，其平均壓縮模量介于11.1824.2MPa之間當垂直壓力為0.41.6MPa時，其平均壓縮系數為(0.00570.0175)10-5Pa-1之間，多數為低壓縮特性，其壓縮模量介于42.4423.67MPa之問，平均固結系數介于10-110-32/s之間。第2章 路基沉降 路基沉降路基裸露在自然

42、界中，整個路基經常受到自重、列車荷載和各種自然因素的作用。由于水、溫度和各種荷載的作用，路基的各部分將產生可恢復和不可恢復的變形，那些不能恢復的變形，將引起路基標高和邊坡坡度、形狀的改變，甚至造成土體位移和路基橫斷面幾何形狀的改變，危及路基及其各組成部分的完整和穩(wěn)定，形成路基的危害 高速鐵路路基沉降特性分析的研究現狀鐵路路基沉降變形主要包含運營階段行車引起的基床累積下沉，列車行駛中路基面的彈性變形，路基本體填土及地基的壓密下沉三個方面。大量的調查表明，路基沉降是由土性、壓實度、飽和度、環(huán)境和外載等多方面因素綜合作用的結果，但主要是由路基本身和地基的排水固結變形引起的。地基的沉降變形與地基土的性

43、質和地基處理方法有關，而路基本體的變形通常與填料的性質、填料含水量和壓實系數有關，地基的沉降變形直接影響到路基的變形。基床累積下沉是由列車通過道床傳遞到基床面的動荷載引起的，主要發(fā)生在基床部位，特別是基床表層。設計時若能限制列車荷載在基床表面產生的動應力在基床填料的臨界動應力以內，則累積下沉量在經過一段時間行車后(例如一年)能夠逐漸趨于穩(wěn)定而不會繼續(xù)發(fā)展的。 路基沉降的原因.1 路基填土壓實度不足由于壓實度不足，往往導致填方路基的不均勻沉降變形，路基兩側出現縱向裂縫，路基土體壓實度不足的主要原因有以下幾點:(1)施工受實際條件的限制。路基施工時，天氣太干燥，局部路堤填料粘土土塊粉碎不足致使路基

44、壓實度不均勻;暗埋式構造物處因構造物長度限制使路基邊緣不能超寬碾壓，致使路基邊緣壓實度不夠;某些加減速車道與行車道沒有同步施工，當拼接處理得不好時，其拼接處也會產生壓實度不足的情況。(2)考慮到施工安全和進度，使得壓力或壓力作用時間不足，路基壓實不充分，致使路基壓實度達不到規(guī)范要求。(3)由于填方土體的最佳含水量控制不好，壓實效果達不到規(guī)范要求。(4)在填方路堤施工中，當路堤施工到一定高度以后，路堤邊緣土體往往存在壓實度不足問題，對于較高的填方路基，通常都要做相應的處治。填方土體壓實度不足，其結果是土體前期固結壓力小于自重應力和各種附加應力之和，在自重作用下就會發(fā)生沉降變形，這些附加應力主要來

45、自以下幾個方面:車載，尤其超載情況;含水量變化造成土體容重的改變;地下水位升降而導致浮力作用改變;土體飽和度改變，引起負孔隙水壓力改變。這些附加應力引起土體中有效應力改變，從而導致土體發(fā)生壓縮變形。土體壓實度不足還會導致填土路基的側向變形。目前采用的地基沉降計算方法是假定側向完全受限，僅有豎向變形，實際路基土中存在有側向變形，這種側向變形會引起沉降。2.1.2.2 路堤填料不均勻，控制不當在公路施工過程中，對填料、級配很難得到有效的控制，填料常常是開挖路塹、隧道掘進產生的方法，這些填料性質差異大、級配也相差很遠。一方面，在施工過程中，如果分層碾壓厚度過大，小顆粒填料和軟弱物質很難得到有效壓實，

46、在荷載的長期作用下，回填料會產生不協(xié)調沉降變形，路面會產生局部沉陷，剛性路面還可能產生裂紋。另一方面，由于回填料的性質不一樣，特別是有的回填料具有膨脹性，在路基排水系統(tǒng)局部失效后，水的滲入會使路面局部隆起，影響行車舒適度，嚴重的會使路面破壞。控制不當體現在：(1)選用了穩(wěn)定性較差的路堤填料，如采用高液限粘土、粉質土或使用淤泥、腐殖質含量較高的土料填筑路堤，會使路堤產生整段或局部的變形。(2)采用不同土質填筑路堤時，因土的性質不同如填筑方法不當，碾壓成型后易造成不均勻性沉降。.3 地下水的影響在地下水的交替作用下,路基土體內含水量反復變化,土體容重在一定范圍內波動,更為重要的是由毛細管張力引起的

47、負孔隙水壓力可以達到相當的數值,再加上水的軟化、潤滑效應,可以使土體產生沉降變形。路基或地基中地下水的動態(tài)特征對路基不均勻沉降影響很大，路堤及其地基中的地下水主要補給來源有3種類型，即地下水側向補給、降雨補給、地表水側向補給。其動態(tài)變化及潛蝕作用影響到土體中的有效應力分布、土體的結構特征和土體強度從而導致路基的不均勻沉降。 路基強度高且剛度大以及均勻性要求高列車速度越高，要求路基的強度越高、剛度越大，彈性變形越小。但是路基剛度過大，會使列車振動加大而不能平穩(wěn)運行，路基剛度的不均勻則會給軌道造成動態(tài)不平順。研究表明：由剛度變化引起的列車振動與速度的平方成正比。因此，列車運行速度越高，要求路基的剛

48、度越大、彈性變形小，在線路縱向做到剛度均勻、變化緩慢，不允許剛度突變。客運專線的路基基床厚度、填料要求、壓實標準以及檢測方法等要比鐵路I級干線的要求高得多，對路基的填筑質量，引入了、等多項檢測指標進行聯(lián)合控制【8】。 路基不均勻沉降的影響和危害2.3.1 路基不均勻沉降對鋪軌施工的影響路基不均勻沉降會增加施工難度和施工強度，在鋪軌時需要再度調整路基整體的高度使其達到統(tǒng)一，因扣減可調整量很小并要預先填高一定量為工后沉降留有空間以便達到設計標高，還要考慮未來行車后各不同時間段各路段不同土質以及路橋過渡段不同沉降量。2. 路基對稱將對高鐵運營的危害路基是路面的基礎,路基不均勻沉降必然會引起路面的不平

49、整,導致路面產生許多病害,主要表現為坑凹、起拱、波浪、接縫臺階、碾壓車轍、橋頭或涵洞兩端路面沉降、橋梁伸縮縫的跳車等,破壞了線路平順通暢，不僅難以滿足客運專線高速行駛的要求,而且還會加大運輸成本,增加運輸時間,增加養(yǎng)護維修費用，減少使用壽命，降低社會經濟效益，降低旅客舒適度，危及行車安全等。2.4 客運專線無砟軌道路基的填料要求針對快速鐵路對填料及壓實標準的高要求，一方面要在施工中積累資料，同時需要開展大量的室內外試驗研究工作，研究制定填料適用性試驗方法與判別標準，建立一套適合我國地域特點，適用于路基設計，施工的填料分類。由于地域不同，路基填料也千差萬別，這就要求在勘測設計階段和施工前對土源進

50、行詳細判別。工程實踐表明，采用優(yōu)質的填料可以減少路基的后期沉降，且有較高的安全儲備，能保證路基穩(wěn)定。國內外對高速鐵路的路基沉降觀測結果也表明，采用級配良好的粗顆粒填料可大大減少路堤的后期沉降，因此，只要能滿足上述要求者才可作為高速鐵路路堤填料。鐵路路基填料的分類主要依據土類和小于0.075mm細顆粒含量兩個指標來劃分的，并考慮與壓實要求相關性質和適用條件分成A、B、C、D、E五個組，如表21所示。其中，D組為高液限粉土、粉質粘土、粘土，很少用作填料：E組為有機土類，不能作為填料。2-1 我國鐵路路基填料分類組別填料A組B組 C組 碎石類級配良好的碎石、含土碎石級配不好的碎石、含土碎石，細粒含量

51、為15%-30的土質碎石細粒含量大于30的土質碎石礫石類級配良好的粗圓礫、粗角礫、細圓 礫、細角礫，級配良好的含土粗圓礫、含土粗角礫、含土細圓礫、含土細角礫級配不好的粗圓礫、粗角礫、細圓礫、細角礫，級配不好的含土粗圓礫、含土粗角礫、含土細圓礫、含土細角礫、細粒含量為15%-30%的土質粗圓礫、土質粗角礫、土質細圓 礫、土質細角礫細粒含量大于1530的土質粗圓礫、土質粗角礫、土質細圓礫、土質細角礫砂類土級配良好礫砂、粗砂、中砂，含土礫砂、含土粗砂、含土中砂級配良好細砂，級配不好的礫砂、粗砂、中砂、細粒含量大于15的含土礫砂，含土中砂，含土粗砂級配不好的細砂，含土細砂，粉砂細粒土低液限粉土，粉質黏

52、土，黏土路基填料和壓實質量也是控制路基沉降的一個方面，填料選擇和壓實質量控制不好，將會加大路基的工后沉降或路基與結構物之間的不均勻沉降。國內有關客運專線及高速鐵路的規(guī)范已對無砟軌道路基填料及壓實標準進行了嚴格的限定：基床表層采用級配碎石，基床底層采用A、B組填料或改良土；基床以下的路堤應優(yōu)先選用A、B組填料和C組的塊石、碎石、礫石類填料，當選用C組細粒土填料時應根據土源性質進行改良后填筑。設計施工中應嚴格限制填料粒徑，特別是A、B組填料，個別線在施工過程中反映填料粒徑過大(但滿足規(guī)范要求的基床底層不大于10cm，基床以下不大于15cm)，填料難以達到壓實標準，建議基床底層填料粒徑不大于5cm，

53、基床以下不大于10cm作為控制標準。 沿線土質較差地段宜首選遠運粗粒土填筑路基，其次是物理改良和級配改良應慎用少用化學改良土，化學改良土從經濟效應 、工期效應 、環(huán)保效應等方面考慮都不宜大量采用，且填筑質量難以保證，化學改良土的水穩(wěn)定性對路基本體壓密沉降的影響程度很難預見。 客運專線無砟軌道路基填筑的壓實標準鐵路路基壓實質量是保持線路穩(wěn)定與平順，保證列車能高速、安全運行的重要條件，而控制和檢測壓實質量的標準、方法和設備，則是保證壓實質量的重要措施?？瓦\專線鐵路路基質量檢測參數主要包括地基系數，動態(tài)模量，空隙率n(或壓實系數K)，變形模量四項指標?？障堵蕁是土體中空隙體積與土的三相體積的比值，而

54、壓實系數K是指工地碾壓時達到的干容重與相應的擊實試驗得到的最大干容重之比，即相對理論壓實的比例，均反映土體的松密程度；地基系數：是表示土體表面在平面壓力作用下產生的可壓縮性的大小，是我國原有鐵路規(guī)范對路基壓實質量的強度檢測指標；變形模量是通過圓形承載板和加載裝置對地面進行第一次加載和卸載后，再進行第二次加載，測得的應力位移曲線上與之間的位移割線斜率確定，用來分析土體的變形性質和承載能力；動態(tài)變形模量是指土體在一定大小的豎向沖擊力和沖擊時間作用下抵抗變形能力的參數，可直接用于評判路基的壓實質量。雖然地基系數值是反映路基土強度及變形關系的參數，但試驗的荷載沉降曲線是一次加載得出的，其沉降包括了填料

55、的彈性變形和塑性變形。計算變形模量的荷載-沉降曲線是在逐級加載后，逐級卸載，再二次加載得出，可認為其沉降(變形)消除了填料的塑性變形，測試結果離散性小，更能反映路基土的真實強度，比地基系數更科學、更合理。靜態(tài)變形模量和地基系數都是采用小于300mm的靜態(tài)平板載荷試驗儀，通過在壓實填土表面做靜壓試驗測得，二者反映的都是靜態(tài)應力作用下土體抵抗變形的能力，而鐵路路基承受的是列車運行時產生的動荷載，采用可以有效地反映列車在高速運行條件下產生的動應力對路基的真實作用狀況，是客運專線路基質量檢測的發(fā)展方向。表2-2是客運專線路基填筑質量檢測參數、：與三項指標的對比情況。表2-2 、與三項指標的對比項目載荷

56、板直徑300300300預加載MPa（以前0.035MPa）第二次加載三次沖擊荷載與地面接觸耦合一般好差加載等級MPa不少于6級動態(tài)施加脈沖寬度18ms項目加載控制當1min 的沉降量不大于該級荷載沉降量的1% 時加下一級荷載120s 后加下一級荷載最大荷載或終止試驗加載的標準總沉降量超過 或荷載強度超過估計的現場實際最大接觸壓力，或達到地基屈服點MPa 或沉降大于5KN計算公式為 曲線上s=1.25所對應的荷載Ev2=/（+)為最大平均標準應力，,為待定系數=/s,s為實測荷載板下沉幅值2.6 客運專線無砟軌道路基沉降的控制理念在自重(包括軌道結構)和列車荷載的長期作用下，鐵路路基避免不了會

57、產生一定的下沉變形，鐵路路基沉降組成及其相互關系如圖21所示。從時間而言，路基沉降可分為路基在填筑過程中至竣工驗收前所產生的沉降，以及路基在鋪軌完成后所產生的沉降即所謂工后下沉。路基施工沉降是在路基施工過程中產生的沉降，不會影響實際的工程實施，因為總要填筑到設計標高后，才會進行鋪軌工程的施工；工后沉降是指在鋪軌工程全部結束后，整個路基結構物產生的沉降量，即為路基最終沉降量與鋪軌完成時已有沉降量之差。由于工后沉降是指鋪設無砟軌道后出現的，因而不能通過路基工程本身加以克服的沉降，將會對后期的運營產生較大的影響，是路基沉降的重點控制對象。通常而言，鐵路路基工后沉降一般由三部分組成：(1)路基填土在自

58、重及上部荷載作用下產生的壓密沉降； (2)路基基床在動荷載作用下的彈性變形和累積塑性變形； (3)地基在軌道、路堤自重及列車作用下的殘余沉降。第一部分沉降與路堤填料和壓實質量有密切關系，國外高速鐵路的經驗和實測資料表明，路堤填土壓實壓密沉降主要是與路基填筑施工的壓實密度相關，該部分沉降一般在路堤竣工后一年左右時間內完成，若施工組織安排合理，并有一定的放置工期，路基本體的壓密沉降可不計入工后沉降；第二部分沉降與列車軸重、運行密度、軌道結構以及基床表層質量有關，由于高速鐵路對路基基床結構提出了特殊要求，在列車動荷載作用下一般小于5mm；第三部分是工后沉降的主要組成部分，特別是當地基為軟弱粘性土時，

59、沉降量大，完成時間長，如果不采取有效的控制措施，下沉量高達數十厘米，時間長達數十年，因此控制路基沉降主要是控制地基的工后沉降【8】。圖2-1 鐵路路基沉降組成及其相互關系2.7 客運專線無砟軌道路基沉降的控制要求客運專線路基作為無砟軌道結構的基礎，對路基的沉降變形非常敏感，要求沉降控制在非常小的范圍內。我國擬建的客運專線無砟軌道在汲取國外沉降控制經驗的基礎上，圍繞線路運營、結構允許變形，從路基竣工后扣件可調整的總沉降量，20m結構長度范圍內的不均勻沉降、路基與橋涵之間差異沉降形成的錯臺，以及軌道結構單元之間形成的折角等多方面對路基變形都作出了嚴格規(guī)定，如表2-3、表2-4。 表2-3 工后沉降

60、及沉降差控制標準 一般情況允許工后沉降均勻地基長20m 允許工后沉降不均勻沉降錯臺差異沉降折角305mm表2-4 路基工后沉降控制標準設計速度kmh-1軌道結構類型一般地段工后沉降量mm過渡段工后沉降量mm沉降速率(mma)250有砟軌道1005030300350有砟軌道503020250 300 350無砟軌道工后沉降l5mm；長度大于20m沉降比較均勻路基，工后沉降量30mm，且RshVsj 。路橋、路隧間差異沉降5 m，折角11000第3章 路基沉降的控制客運專線路基沉降控制的主要目的是控制路基的工后沉降，以確保高速列車的行車安全，盡量滿足旅客對舒適度的要求，并減少日常維修工作。3.1